搭接灌浆实施工艺及在帷幕灌浆中的作用和效果

吴宝阁WU Bao-ge

（中国水电基础局有限公司，天津 301700）

0 引言

搭接帷幕灌浆作为帷幕灌浆工程中的一部分，在整个帷幕灌浆工程中起着至关重要的作用，但是在水电工程施工中关于搭接帷幕灌浆的具体要求和相关资料却是不多，仅能以现行规范作为实施依据，因此，在施工中也存在一些问题需要有据可查或参考标准，现结合工程施工中的施工经验对左岸搭接灌浆工艺及作用进行简单论述。

1 工程概况与地质条件

1.1 工程概况

马马崖一级水电站属二等大（2）型工程，大坝碾压混凝土重力坝，坝顶高程592.0m，最大坝高109.0m，工程任务以发电为主，航运次之。

工程防渗体系由左右岸坝肩岩体内共设三层灌浆隧洞组成，高程分别为592.0m、541.0m、483.5m，其中顶层灌浆轴线长322m、中层灌浆轴线长278m、底层灌浆轴线长110m，各层帷幕灌浆屏障以搭接式结构进行灌浆连接，形成有效的闭合防渗体系。

1.2 工程地质情况

本工程坝基、坝肩为可溶岩地层，岩溶发育程度中等，地下水具有不均一性的特点。坝址区主要为次生的小断层，裂隙较发育，充填物主要为泥质、方解石，因此对灌浆有一定的影响。大坝无相对隔水层作防渗依托，存在坝基渗漏及坝肩绕坝渗漏问题，两岸帷幕线向山体延伸接地下水位，故需布置防渗帷幕进行防渗处理，防渗帷幕采用悬挂式帷幕方案。

1.3 岩体透水性

在坝址两岸钻孔及河心钻孔中，椐压水试验资料，因弱风化岩体一般升不起压，其成果主要为微新岩体。所有钻孔弱风化岩体孔段透水率均较大，主要原因是在地表浅层或风化带内，溶蚀裂隙发育及岩体较破碎等。

1.4 灌浆隧洞工程地质评价

1.4.1 围岩稳定问题

灌浆隧洞除左岸F6断层通过外，构造以裂隙发育为主，洞段围岩局部稳定性差，主要为Ⅲ1～Ⅲ2类围岩，极薄层洞段围岩不稳定，为Ⅳ类围岩，局部遇断层、裂隙密集带、溶蚀破碎带或夹层层带围岩不稳定，为Ⅳ～Ⅴ类围岩。对Ⅲ类围岩局部稳定性差洞段及Ⅳ～Ⅴ类围岩需及时支护处理。

1.4.2 岩溶涌水问题

坝址区无隔水层，地下水类型以岩溶裂隙水为主，其次为岩溶管道水。两岸地层为中等岩溶含水岩组，岸坡泉水较发育，存在岩溶管道水。底层灌浆隧洞均在地下水位以下，地下水活跃，存在涌水问题。

2 搭接帷幕灌浆工艺

2.1 施工程序

①搭接帷幕灌浆在相应部位回填、固结灌浆及主帷幕灌浆灌浆施工完成后进行，也可在主帷幕灌浆施工前进行。②搭接帷幕灌浆按施工图纸要求或规范要求，按环间分序、环内加密的原则划分灌浆单元，一般分两个次序进行。③搭接帷幕灌浆的施工程序为：Ⅰ序排Ⅰ序孔→Ⅱ序排Ⅰ序孔→Ⅰ序排Ⅱ序孔→Ⅱ序排Ⅱ序孔→检查孔，灌浆完成7天后再施工相应部位的检查孔。

2.2 施工工艺流程

搭接帷幕施工工艺流程如图1所示。

2.3 钻孔

①钻孔位于灌浆隧洞的上游边墙及底板部位，每排分上中下三孔（如图2所示，每排的孔数可根据工程地质情况、防渗标准等多方面因素确定，一般情况每排2～3孔即可满足要求），孔深分别深入基岩5m、6m、6m，要求终孔孔径不小于38mm，可采用地质钻、电动岩石钻机及风钻造孔。

②钻孔开孔孔位与设计孔位的偏差不大于20cm，开孔角度偏差不大于2°，孔深误差不大于20cm。

2.4 灌浆

①灌浆方法：采用孔内阻塞灌浆法，全孔一次灌注，深孔灌浆时可考虑分段灌注。灌浆孔优先采用单孔灌浆，当相邻孔发生串浆或吸浆量较小时，可采用多孔并联灌注，并控制压力，只允许同一排上的灌浆孔并联灌注，孔数为2个，孔位宜保持对称。②浆液水灰比：采用纯水泥浆液灌注，水灰比取2:1、1:1、0.8:1、0.5:1四个比级，开灌水灰比为2:1由稀至浓变换。③灌浆压力：本工程搭接灌浆压力为2.0MPa。灌浆时尽快升到设计压力，但当注入率大时，采用分级升压，使衬砌混凝土抬动变形值控制在允许范围内。灌浆过程中设专人观测，并定时对周围岩体进行观测记录，变位大于规定值时应立即降低灌浆压力，直至停灌待凝。④浆液变换标准：1）当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不得改变水灰比；2）当某一比级浆液注入量已达300L以上，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，换浓一级水灰比浆液灌注；3）当注入率大于30L/min时，可视具体情况越级变浓。⑤灌浆结束标准：1）在设计的压力下，注入率小于1L/min，延续灌注30min，即可结束该段灌浆；2）当长时间达不到结束标准时或遇到其他特殊情况时，报请监理工程师共同研究处理方案。

2.5 质量检查及封孔

搭接帷幕灌浆工程质量检查采用压水试验进行，压水试验压力为1.0MPa，合格标准为透水率q≤1Lu。

灌浆孔及检查孔施工结束后，采用“全孔灌浆封孔法”进行封孔，封孔浆液水灰比为0.5:1，压力为该孔最大灌浆压力，待孔内水泥浆液凝固后，灌浆孔上部空余部分采用导管注浆法或用干硬性M25水泥砂浆人工封填捣实、抹平。

3 灌浆成果分析

3.1 帷幕灌浆成果

①左岸592m高程灌浆隧洞，通过帷幕灌浆分序成果分析，单排孔：I序孔平均单耗为502.58kg/m，灌前压水平均透水率12.17Lu；II序孔平均单耗为283.39kg/m，灌前压水平均透水率7.76Lu；III序孔平均单耗为60.71kg/m，灌前压水平均透水率4.46Lu；双排孔：I序孔平均单耗为375.49kg/m，灌前压水平均透水率7.69Lu；II序孔平均单耗为203.82kg/m，灌前压水平均透水率5.83Lu；III序孔平均单耗为76.48kg/m，灌前压水平均透水率4.24Lu；序与序之间吸浆量及透水率呈递减趋势，效果明显，符合灌浆规律。

②左岸541m高程灌浆隧洞，通过帷幕灌浆分序成果分析，I序孔平均单耗为595.64kg/m，灌前压水平均透水率17.38Lu；II序孔平均单耗为281.96kg/m，灌前压水平均透水率9.90Lu；III序孔平均单耗为94.87kg/m，灌前压水平均透水率6.05Lu；序与序之间吸浆量及透水率呈递减趋势，效果明显，符合灌浆规律。

③左岸483.5m高程灌浆隧洞，通过帷幕灌浆分序成果分析，I序孔平均单耗为654.07kg/m，灌前压水平均透水率11.12Lu；II序孔平均单耗为252.58kg/m，灌前压水平均透水率7.63Lu；III序孔平均单耗为104.84kg/m，灌前压水平均透水率3.22Lu；序与序之间吸浆量及透水率呈递减趋势，效果明显，符合灌浆规律。

3.2 搭接灌浆成果

本工程搭接帷幕灌浆分为中层541m灌浆隧洞和底层483.5m灌浆隧洞两个部位，搭接灌浆区域为整个洞室上游侧边墙及底板部位。其中，中层灌浆隧洞搭接帷幕灌浆分为9个单元255个孔，其中Ⅰ序孔128个孔，Ⅱ序孔127个孔，合计基岩钻灌1445m；底层灌浆隧洞搭接帷幕灌浆分为5个单元132个孔，其中Ⅰ序孔66个孔，Ⅱ序孔66个孔，合计基岩钻灌748m。搭接灌浆总计灌注灰量为132.34t，平均单位注入量为60.35kg/m。

左岸541m高程灌浆隧洞搭接帷幕灌浆共划分单元工程9个，搭接灌浆在主帷幕灌浆施工后进行，通过帷幕灌浆分序成果分析，I序孔平均单耗为18.44kg/m，灌前压水平均透水率2.30Lu；II序孔平均单耗为6.37kg/m，灌前压水平均透水率1.22Lu；序与序之间吸浆量及透水率呈递减趋势，效果明显，符合灌浆规律及现场地层的地质条件。帷幕灌浆施工完成后，共布设质量检查孔17个，通过压水试验检查，其最大透水率为0.84Lu，最小透水率为0.36Lu，平均透水率为0.55Lu，质量检查全部合格，满足设计质量合格标准q≤1Lu要求。

左岸483.5m高程灌浆隧洞搭接帷幕灌浆共划分单元工程5个，搭接灌浆在主帷幕灌浆施工前进行，通过帷幕灌浆分序成果分析，I序孔平均单耗为209.12kg/m，灌前压水平均透水率5.57Lu；II序孔平均单耗为96.73kg/m，灌前压水平均透水率3.86Lu；序与序之间吸浆量及透水率呈递减趋势，效果明显，符合灌浆规律及现场底层的地质条件。帷幕灌浆施工完成后，共布设质量检查孔8个，通过压水试验检查，其最大透水率为0.68Lu，最小透水率为0.12Lu，平均透水率为0.49Lu，质量检查全部合格，满足设计质量合格标准q≤1Lu要求。

由此说明，搭接帷幕灌浆在施工质量上达到了设计要求，技术参数掌控得当，工艺实施效果良好。各部位搭接帷幕灌浆成果及压水试验成果统计表见表1、表2。

表1 左岸防渗帷幕灌浆工程搭接帷幕灌浆成果统计表

表2 左岸防渗帷幕灌浆工程搭接帷幕灌浆检查孔压水试验成果表

本工程各部位地质条件差别较大，复杂多变，发育有溶洞、溶槽、溶蚀、裂隙通道等。特别是底层灌浆隧洞渗漏通道较多，渗水、涌水情况严重，底层大部分Ⅰ序孔及小部分Ⅱ序孔吸浆量相对较大，中层地质情况相对较好，而且是在顶层灌浆隧洞相应部位帷幕灌浆结束后进行的搭接灌浆，所以灌注量较小。结合地质资料分析帷幕灌浆耗浆量较大部位与岩溶裂隙、溶槽及溶洞发育等地质缺陷有关。大耗浆孔段与岩溶裂隙发育部位一致，所以灌浆情况及地质条件相吻合。从表1、表2中可见，各部位搭接灌浆单位注灰量和灌前透水率随灌浆排序和孔序呈递减趋势，符合正常灌浆规律，灌浆效果显著，灌浆质量良好。

4 搭接灌浆的作用及施工顺序对质量的影响

4.1 搭接灌浆的作用

帷幕灌浆是将浆液借助灌浆设备通过钻孔灌入岩体或土层的裂隙、孔隙及破碎带等，形成连续的阻水幕，以减小渗流量和降低渗透压力的灌浆工程。水电工程中的帷幕灌浆是沿着大坝坝肩两侧水平范围及垂直深度向下延伸至满足工程设计要求。为了便于灌浆施工，减少垂直深孔灌浆，保证灌浆质量及后期监测、维修等，工程设计时一般根据垂直高度及相应的高差设计几层水平灌浆隧洞，然后从每层灌浆隧洞进行分层灌浆施工，这样便可以在每层灌浆隧洞之间分别形成帷幕体。一般上层灌浆隧洞帷幕灌浆孔需延伸至下层灌浆隧洞底板以下5～10m即可。

由于各层灌浆隧洞不在同一垂直面上，水平方向上有一定的错开距离，即下部灌浆隧洞位置在工程设计上是在上部隧洞下游侧方向，各层帷幕体在水平方向上不能有效连接，而且灌注的水泥浆液扩散范围有限，因此，会在每层帷幕体的下端（下层灌浆隧洞附近）形成薄弱区，这样就存在通过薄弱区绕过主帷幕体经灌浆隧洞上部渗漏的可能性。为防止上游侧高压水通过渗漏通道经过此薄弱区沿灌浆隧洞上部形成渗漏通道，需要在各层灌浆隧洞与上层灌浆隧洞的幕体进行灌浆连接，消除帷幕灌浆的薄弱区、截堵渗漏通道。即每层灌浆隧洞的搭接灌浆都是在连接上层灌浆隧洞的主帷幕体，使其自上而下进行封闭，这就是搭接灌浆的作用。

4.2 施工顺序对质量的影响

搭接帷幕灌浆作为灌浆工程的重要环节，在施工中一般都是根据工程需要来决定是先施工主帷幕还是先进行搭接灌浆施工的，虽然施工顺序不同，最后都是达到了帷幕体封闭的作用。在工程施工中搭接灌浆的压力往往都会小于主帷幕灌浆的压力，灌浆顺序是否对最后的效果产生影响需要进行对比试验才能得出具体结论。

本工程中层搭接帷幕灌浆是在顶层主帷幕灌浆完成后进行的，底层的搭接帷幕灌浆是先于中层主帷幕灌浆前进行的，通过搭接帷幕灌浆成果统计表明显看出单位灌注量差别较大。同时，通过检查孔压水试验成果统计表可以看出，搭接灌浆实施的先后对质量检查的效果也是有所区别的，底层灌浆隧洞搭接灌浆的压水试验透水率最大值和最小值都是要小于中层的。其主要原因是先进行低压的搭接灌浆对搭接部位薄弱区的岩体进行了一次灌注，对灌注区的裂隙、渗漏通道等进行了有效填充和封闭，然后通过高压帷幕灌浆又对该区域进行了高压二次灌注，有效保证了浆液填充的密实性和灌注范围，所以相应的灌浆效果要好于后进行搭接灌浆。

5 结语

搭接帷幕灌浆作为帷幕灌浆的一部分，同样在帷幕灌浆工程中发挥着至关重要的作用，因此，在工程施工中需要严格按照规范及相应的技术文件和施工工艺进行施工。本文是在工程施工中总结的一部分经验，并结合该区域的地质情况，在施工中认真分析、掌握了施工工艺和技术参数，并根据实际情况进行试验对比，总结出了可行的搭接帷幕灌浆施工方法。本工程搭接帷幕灌浆施工工艺、方法和实施效果均满足设计及规范要求，灌浆情况与地质条件相吻合，综上所述，搭接灌浆的实施工艺和灌浆成果是合理的。